環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝摘要：對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，包括其定義，發(fā)展概況，分類及其生產(chǎn)工藝等等。選取了雙酚A型環(huán)氧樹脂為例，介紹其生產(chǎn)工藝中的原料，流程，設(shè)備以及后期的“三廢”的處理。關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂 發(fā)展概況 生產(chǎn)工藝定義及發(fā)展概況1.環(huán)氧樹脂定義 環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）是指分子結(jié)構(gòu)中含有2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)氧基并在適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑存在下能形成三維網(wǎng)狀固化物的化合物的總稱，是一類重要的熱固性樹脂。最常用的雙酚A型環(huán)氧樹脂含2個(gè)環(huán)氧基?；瘜W(xué)名稱：雙酚A二縮水甘油醚. 英文名稱：Diglycidyl ether of bis phenol A

2、（縮寫DGEBP A）,其結(jié)構(gòu)為：2.發(fā)展概況環(huán)氧樹脂的發(fā)明曾經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，它的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用僅是近40年的事情。在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初兩個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)揭開了環(huán)氧樹脂發(fā)明的帷幕。遠(yuǎn)在1891年德國(guó)的Lindmann用對(duì)苯二酚和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成了樹脂狀產(chǎn)物。1909年俄國(guó)化學(xué)家Prileschajew發(fā)現(xiàn)用過氧化苯甲醚和烯烴反應(yīng)可生成環(huán)氧化合物。這兩種化學(xué)反應(yīng)至今仍是環(huán)氧樹脂合成中的主要途徑。我國(guó)的環(huán)氧樹脂的開發(fā)始于1956年，在沈陽(yáng)、上海兩地首先獲得了成功。1958年上海開始工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過40余年的努力，我國(guó)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)和應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。目前生產(chǎn)廠家已達(dá)100余家。

3、生產(chǎn)的品種、產(chǎn)量日益增多，質(zhì)量不斷提高，在現(xiàn)代化的建設(shè)中正起著越來越重要的作用。環(huán)氧樹脂的分類及其合成工藝1.分類按化學(xué)結(jié)構(gòu)差異：環(huán)氧樹脂可分為縮水甘油類環(huán)氧樹脂和非縮水甘油類環(huán)氧樹脂2大類。按分子中官能團(tuán)的數(shù)量：環(huán)氧樹脂可分為雙官能團(tuán)環(huán)氧樹脂和多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂。按室溫下的狀態(tài)：環(huán)氧樹脂可分為液態(tài)環(huán)氧樹脂和固態(tài)環(huán)氧樹脂。2.生產(chǎn)工藝環(huán)氧樹脂的種類繁多，不同類型的環(huán)氧樹脂的合成方法不同。環(huán)氧樹脂的合成方法主要有兩種：(1) 多元酚、多元醇、多元酸或多元胺等含活潑氫原子的化合物與環(huán)氧氯丙烷等含環(huán)氧基的化合物經(jīng)縮聚而得。(2) 鏈狀或環(huán)狀雙烯類化合物的雙鍵與過氧酸經(jīng)環(huán)氧化而成。環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材

4、料1.環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格2.環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì) （1） BPA：白色片狀或粒狀晶體，不溶于水，能溶于醇、 醚、丙酮及堿性溶 中，室溫下微溶于甲苯、二甲苯，加溫下溶解度急劇增加。（2） ECH：是一種易揮發(fā)、無色透明液體，有毒！對(duì)皮膚有灼傷作用，能嚴(yán)重刺激眼睛，具有和氯氣相似的刺激性氣味，有麻醉性，能溶解于醇、醚及甲苯中，微溶于水。比重.18，純品沸點(diǎn)116.2。取樣化驗(yàn)時(shí)，要取上層。（3） 液堿：淡紫色液體，無機(jī)械雜質(zhì)，強(qiáng)堿性，腐蝕性較強(qiáng)。 （4） 甲苯：無色有芳香性氣味的易燃液體，有毒！不溶于水，能

5、溶于醇、醚和丙酮。比重0.866，純品沸點(diǎn)110.28，取樣化驗(yàn)時(shí)，要取下層。雙酚A型環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝以雙酚A（BPA）為主要原材料，合成的環(huán)氧樹脂稱為雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹脂，由于它的應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域，市場(chǎng)占有量約占環(huán)氧樹脂總量的85%，因此又稱為通用型環(huán)氧樹脂。它屬于縮水甘油醚型。 雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹脂，根據(jù)其分子量的高低，可分為低分子量樹脂（M400）、中等分子量樹脂（M400-1400）、高分子量樹脂（M14008000）和超高分子量樹脂（M10萬45萬）。1.合成原理雙酚A型環(huán)氧樹脂是由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在氫氧化鈉催化

6、下反應(yīng)制得的，雙酚A和環(huán)氧氯丙烷都是二官能度化合物，所以合成所得的樹脂是線型結(jié)構(gòu)。反應(yīng)原理如下：雙酚A型環(huán)氧樹脂實(shí)際上是由低分子量的二環(huán)氧甘油醚、雙酚A以及部分高分子量聚合物組成的，雙酚A與環(huán)氧氯丙烷的摩爾配比不同，其組成也就不同： 2.合成工藝工業(yè)上，雙酚A型環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步法兩種。低、中相對(duì)分子質(zhì)量的樹脂一般用一步法合成，而高相對(duì)分子質(zhì)量的樹脂既可用一步法，也可用二步法合成。(1) 一步法一步法是將一定摩爾比的雙酚A和環(huán)氧氯烷在NaOH作用下進(jìn)行縮聚，用于合成低、中相對(duì)分子質(zhì)量的雙酚A型環(huán)氧樹脂。國(guó)產(chǎn)的E-20、E-12、E-14和E-44等環(huán)氧樹脂均是采用一步法生產(chǎn)的

7、。一步法又可分為水洗法、溶劑萃取法和溶劑法。水洗法是先將雙酚A溶于10%的NaOH水溶液中，在一定溫度下一次性加入環(huán)氧氯丙烷，使之進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢后靜置，除去上層堿液，然后用沸水洗滌十幾次，除去樹脂中殘存的堿和鹽類，最后脫水即得產(chǎn)品。溶劑萃取法與水洗法基本相同，只是在后處理時(shí)在除去上層堿水后，不是先用沸水洗滌，而是先用溶劑將樹脂萃取出來，再經(jīng)水洗、過濾和脫除溶劑得產(chǎn)品。此法生產(chǎn)的樹脂雜質(zhì)比水洗法少，樹脂透明度好。國(guó)內(nèi)廠家多采用此法。溶劑法是先將雙酚A、環(huán)氧氯丙烷和有機(jī)溶劑投入反應(yīng)釜中，攪拌溶解后，升溫到5075，滴加NaOH溶液使之進(jìn)行反應(yīng)。也可先加入催化劑使反應(yīng)物醚化，然后再加入NaOH溶

8、液脫HCl進(jìn)行閉環(huán)反應(yīng)。到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)后加入大量的溶劑進(jìn)行萃取，之后進(jìn)行水洗、過濾，脫除溶劑后即得產(chǎn)品。本法反應(yīng)溫度易于控制，樹脂透明度好，雜質(zhì)少，收率高。(2) 二步法二步法又有本體聚合法和催化聚合法兩種。本體聚合法是將低相對(duì)分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂和雙酚A加熱溶解后，再在200高溫下反應(yīng)2小時(shí)即得產(chǎn)品。本體聚合法是在高溫下進(jìn)行，副反應(yīng)多，生成物中有支鏈，產(chǎn)品不僅環(huán)氧值低，而且溶解性差，反應(yīng)過程中甚至?xí)霈F(xiàn)凝鍋現(xiàn)象。催化聚合法是將低相對(duì)分子質(zhì)量的雙酚A型環(huán)氧樹脂和雙酚A加熱到80120溶解，然后加入催化劑使其反應(yīng)，因反應(yīng)放熱而自然升溫，放熱完畢后冷至150170反應(yīng)1.5小時(shí)，過濾即得產(chǎn)品。一步法是

9、在水介質(zhì)中呈乳液狀態(tài)進(jìn)行的，后處理較困難，樹脂相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬，有機(jī)氯含量高，不易制得環(huán)氧值高、軟化點(diǎn)也高的樹脂產(chǎn)品。而二步法是在有機(jī)溶劑中呈均相狀態(tài)進(jìn)行的，反應(yīng)較平穩(wěn)，樹脂相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄，后處理相對(duì)較容易，有機(jī)氯含量低，環(huán)氧值和軟化點(diǎn)可通過原料配比和反應(yīng)溫度來控制。二步法具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、投資少，以及工時(shí)短、無三廢、產(chǎn)品質(zhì)量易控制和調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，因而日益受到重視。3.合成實(shí)例（流程是從E-44環(huán)氧樹脂中試角度來進(jìn)行描述的）(1)原料配比：(2)工藝流程 把雙酚A投入溶解釜中，然后通過環(huán)氧氯丙烷，將夾套通水蒸氣的溫度加熱升溫到70OC左右。 溶解后，用泵壓入帶攪拌的反應(yīng)釜內(nèi)，開始

10、攪拌，并滴加堿液?？刂品磻?yīng)溫度為50-55OC，維持一定時(shí)間至反應(yīng)結(jié)束后，再在 100減壓至94.661kPa，回收過量環(huán)氧氯丙烷供循環(huán)使用。 回收結(jié)束后再次加入苯溶解，在 65700 C下再次加堿液，反應(yīng)結(jié)束后用夾套水冷卻，靜置，把苯溶液抽吸到回流脫水釜內(nèi)，下層的鹽腳可以加苯萃取一兩次，抽吸后放掉。 在回流脫水釜內(nèi)回流至蒸出的苯清晰天水珠為止。然后冷卻，靜置. 經(jīng)過濾器至貯槽，沉降后抽人脫苯釜脫除苯，先常壓無液溫110OC以上開始減壓至140-143OC無餾出液為止，放料，即得成品。(3)工藝流程框圖 成品(4)設(shè)備 主要設(shè)備有預(yù)反應(yīng)釜、反應(yīng)釜、精制釜、反應(yīng)物接受罐、粗樹脂接受罐、ECH蒸發(fā)

11、器、MIBK蒸發(fā)器、預(yù)涂料混合罐、樹脂溶液過濾器、產(chǎn)品過濾器、成品混合罐。(5)“三廢”的處理本生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，大量含有甲苯等簡(jiǎn)單化合物，考慮到回收的成本較高，使用天然生物處理，利用水中和土壤中廣泛存在的微生物的生物降解作用.進(jìn)行廢水生物處理，達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。本設(shè)計(jì)工藝中大量使用苯、甲苯作為溶劑、助濾劑，直接排放不僅會(huì)大大提高成本，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的危害，所以需要回收利用。甲苯回收并不是直接把廢液放入蒸餾釜進(jìn)行，而是先加一定量的水，在對(duì)混合液進(jìn)行蒸餾。加水的量與甲苯的含量大概相等。這樣做的目的是讓水與甲苯產(chǎn)生共沸，使蒸餾溫度降低，減少能耗量。結(jié) 語環(huán)氧樹脂是一類應(yīng)用廣泛的熱固性樹脂，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)金屬、木材、混凝土等極性基材有很強(qiáng)的附著力，耐化學(xué)藥品性優(yōu)良，但耐候性和韌性較差。對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性或?qū)h(huán)氧樹脂與其他樹脂進(jìn)行復(fù)配并用，可提高其耐候性和柔韌性，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，開發(fā)水性環(huán)氧樹脂、高固體分環(huán)氧樹脂、無溶劑環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂未來的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)     1.陳敏恒，叢德滋等，化工原理，北京：